L'usinage électrochimique pulsé offre un poste de fabrication additive unique

28 septembre 2023

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Dans l'article d'actualité détaillé suivant, Kirk Gino Abolafia, directeur technique du marketing et des ventes chez Voxel Innovations Inc, discute de l'utilisation de l'usinage électrochimique pulsé (PECM) dans le post-traitement des composants métalliques fabriqués de manière additive.

La croissance exponentielle de la technologie de fabrication additive a offert des avantages uniques aux fabricants, tels que la réduction occasionnelle des coûts de fabrication associés à la consolidation des opérations/à l'élimination d'assemblages complexes, ainsi que la réduction des déchets de matériaux par rapport à la fabrication soustractive conventionnelle. De plus, l’avènement de la fabrication additive métallique a permis un prototypage rapide et une itération de conception plus rapide d’une large gamme de pièces métalliques, y compris certains composants critiques. Cependant, à mesure que les volumes de pièces augmentent en raison de la demande accrue de fabrication additive, les limitations mineures de la technologie sont exacerbées.

Par exemple, lorsque l'on considère à la fois les exigences de conception et de matériaux des pièces dans des applications critiques (environnements avec flux de température élevé ou contraintes extrêmes), certaines tolérances et caractéristiques peuvent ne pas être réalisables avec la FA seule.

La demande massive de ces pièces de FA incite les entreprises à trouver des moyens innovants de réduire les dépenses de fabrication – parfois même au détriment de la qualité. Pour réduire les coûts, les fabricants d'additifs sacrifient l'état de surface, la résolution et la taille des caractéristiques pour améliorer les capacités de production en utilisant des stratégies de balayage laser plus rapides, des poudres plus grosses, des lignes de couches plus épaisses, etc. En fin de compte, cela a créé un besoin dans l’industrie de la fabrication additive pour des méthodes de post-traitement abordables et reproductibles pour les pièces métalliques.

Les entreprises de fabrication additive métallique recherchent une opération d'usinage secondaire/post-traitement capable d'atteindre une résolution et une qualité de surface plus élevées tout en réduisant les coûts de production pour les volumes élevés.

Cette actualité étendue abordera un processus d'enlèvement de matière unique appelé usinage électrochimique pulsé (PECM), un processus capable d'obtenir des surfaces superfinies, de petites caractéristiques et une répétabilité élevée sur les pièces métalliques de fabrication additive. Dans ce document, nous discuterons du fonctionnement du processus et expliquerons comment le PECM peut agir à la fois comme processus d'usinage secondaire et comme opération de post-traitement pour les pièces de FA métalliques en grand volume.

En bref, le PECM est un processus d'enlèvement de matière sans contact et non thermique, capable d'usiner des surfaces superfinies et des géométries uniques sur des pièces métalliques de grand volume et, alternativement, peut agir comme un usinage secondaire – ou une opération de post-traitement – ​​sur la fabrication additive métallique. les pièces.

Plutôt que d'utiliser la friction ou la chaleur, le PECM utilise l'électrochimie pour dissoudre le matériau de la pièce dans la forme souhaitée. Un fluide électrolytique chargé est balayé dans un espace microscopique entre l'outil (cathode) et la pièce (anode), dissolvant le matériau de la pièce à un taux proportionnel à sa proximité avec la cathode.

Le processus est mieux compris en apprenant quatre termes clés :

Le PECM est capable d'une répétabilité élevée en raison de son usure d'outil considérablement réduite ; il n'y a pas de chaleur ni de contact dans le processus. De plus, comme le PECM ne s'intéresse qu'à la conductivité d'une pièce donnée (plutôt qu'à la dureté du matériau), il peut usiner des alliages résistants comme l'Inconel à une vitesse similaire à celle du cuivre ou de l'aluminium.

Le processus est principalement utilisé pour usiner des composants critiques de dispositifs aérospatiaux et médicaux, notamment des échangeurs de chaleur en Inconel, des fixations osseuses en nitinol, des composants à rayons X en molybdène et des aubes de turbine.

Cependant, une autre application cruciale du PECM concerne le post-traitement des pièces fabriquées de manière additive.

Pour la plupart des applications, l'épaisseur de paroi moyenne, la résolution et la qualité de surface produites par la fabrication additive n'affecteront pas de manière significative l'ajustement, la forme ou la fonction de la pièce. Cependant, dans les environnements critiques qui exigent que les pièces présentent une résistance à la fatigue, une qualité de surface et des tolérances accrues, la fabrication additive à elle seule ne peut pas produire des pièces idéales directement à partir de la machine de fabrication additive. Par conséquent, pour améliorer ces fonctionnalités, la fabrication additive nécessite généralement un processus d'usinage secondaire pour les applications critiques.